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CONSTRUCCIÓN DE CAPAS ESTRUCTURALES DE PAVIMENTO
ESTABILIZADAS MEDIANTE SISTEMA DE TRANSPORTE COLOIDAL (STC).
ING. CLAUDIA MERCEDES NIÑO CARDENAS ING. CESAR HUMBERTO TORRES AGUDELO
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA FACULTAD DE INGENIERÍA
ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS BOGOTÁ D.C.
2014
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CONSTRUCCIÓN DE CAPAS ESTRUCTURALES DE PAVIMENTO
ESTABILIZADAS MEDIANTE SISTEMA DE TRANSPORTE COLOIDAL (STC).
ING. CLAUDIA MERCEDES NIÑO CARDENAS ING. CESAR HUMBERTO TORRES AGUDELO
Trabajo de Grado presentado como requisito para obtener el título de Especialista en Ingeniería de Pavimentos
Director: Ing. MARCELA SALCEDO QUIJANO Msc
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA FACULTAD DE INGENIERÍA
ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS BOGOTÁ D.C.
2014
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Bogotá D.C., Enero de 2014
Nota de aceptación
Aprobado por el Comité de Grado
en cumplimiento de los requisitos
exigidos por la Universidad Militar
Nueva Granada para optar al título
de Especialista en Ingeniería de
Pavimentos
______________________
Firma del Director del jurado
_________________________
Firma del jurado
Firma del jurado
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CONTENIDO
Pág. RESUMEN……………………………………………………………………….. INTRODUCCIÓN………………………………………………………………...
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA…………………………………
2. JUSTIFICACIÓN…………………………………………………………
3. OBJETIVOS………………………………………………………………
3.1. OBJETIVO GENERAL…………………………………………………..
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS……………………………………………
4. MARCO TEÓRICO………………………………………………………
4.1. ANTECEDENTES……………………………………………………….
4.2. ALCANCE O DELIMITACIÓN………………………………………….
4.3. METODOLOGÍA…………………………………………………………
4.4. ESTABILIZACIÓN MEDIANTE SISTEMA DE TRANSPORTE
COLOIDAL (STC)……….……………………………………………
4.5. MATERIALES UTILIZADOS EN LA ESTRUCTURA………………... 4.5.1. Materiales de la base estabilizada mediante STC (Coloide)……….. 4.5.1.1. Coloide………………………………………………………………… 4.5.1.2. Suelo existente……………………………………………………….. 4.5.1.3. Cemento………………………………………………………………. 4.5.1.4. Agua…………………………………………………………………… 4.5.2. Materiales de rodadura………………………………………………… 4.5.2.1. Adoquín de arcilla de 8cm tráfico vehicular pesado…………….. 4.5.2.2. Arena de asiento……………………………………………………... 4.5.2.3. Arena de sello…………………………………………………………
4.6. EQUIPOS UTILIZADOS EN EL STC…………………………………. 4.6.1. Disgregadores…………………………………………………………… 4.6.2. Mezcladores……………………………………………………………… 4.6.3. Compactadores………………………………………………………….. 4.6.4. Distribución del cemento……………………………………………….. 4.6.5. Distribución del agua y químico estabilizante………………………...
4.7. ACTIVIDADES INICIALES……………………………………………... 4.7.1. Visita al sitio.……………………………………………………………...
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4.7.2. Estudio suelos…………………………………………………………… 4.7.3. Diseños de Pavimentos………………………………………………… 4.7.3.1. Diseño de estructura con suelo estabilizado mediante STC
(Colide)………………………………………………………………... 4.7.3.2. Diseño de pavimento estructura tradicional………………………. 4.7.3.3. Análisis comparativo económicamente…………………………… 4.7.4. Diseño de la mezcla……………………………………………………..
4.8. PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS…………………………….. 4.8.1. Preparación de la sub-rasante………………………………………… 4.8.2. Colocación y distribución del cemento……………………………….. 4.8.3. Operación de mezclado………………………………………………… 4.8.4. Aplicación de agua y del STC (Coloide)……………………………… 4.8.5. Conformación de la base……………………………………………….. 4.8.6. Compactación……………………………………………………………. 4.8.7. Instalación de la carpeta de rodadura………………………………… 4.8.8. Apertura al servicio y tránsito de vehículos…………………….……..
4.9. ENSAYOS DE CALIDAD……………………………………………….. 4.9.1. Ensayos al material estabilizado………………………………………. 4.9.2. Arenas……………………………………………………………………. 4.9.3. Adoquines………………………………………………………………...
4.10. RECIBOS DE TRABAJO ...…………………………………................ 4.10.1. Controles Generales…………………………………………………. 4.10.1.1. Calidad del Cemento………………………………………………… 4.10.1.2. Calidad del Estabilizante Químico…………………………………. 4.10.1.3. Calidad del Agua……………………………………………………... 4.10.1.4. Calidad de la Mezcla………………………………………………… 4.10.1.5. Calidad del Producto Terminado……………………………………
4.11. MEDIDA Y PAGO ……………………………………………………….
5. CONCLUSIONES….………...…………………………………………..
6. BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………..
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LISTA DE TABLAS
Pág. Tabla 1. Especificación Adoquín de Arcilla para tráfico vehicular pesado. Tabla 2. Granulometría arena de asiento para Instalación de adoquín…... Tabla 3. Granulometría arena de sello para Instalación de adoquín……… Tabla 4. Clasificación de la vía según Medio ambiente y drenaje………… Tabla 5. Obtención del modulo resiliente del suelo según su clasificación. Tabla 6. Determinación del N de diseño según la clasificación de la vía… Tabla 7. Presupuesto estructura base estabilizada mediante el STC (Coloide). ………………………………………………………………………… Tabla 8. APU Conformación de base en mezcla de afirmado existente con suelo cemento y STC (Coloide). …………………………………………. Tabla 9. APU Instalación adoquín de arcilla………………………………… Tabla 10. Presupuesto estructura tradicional………………………………...
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LISTA DE FIGURAS
Pág. Figura 1. Localización Ladrillera Santa Fe en el Municipio de Soacha…… Figura 2. Localización Proyecto dentro de la Ladrillera…………………….. Figura 3. Área de Intervención………………………………………………… Figura No. 4. Muestra del coloide……………………………………………... Figura 5. Presentación de la marca ejecutada en la obra………………….. Figura 6. Material existente a estabilizar……………………………………... Figura 7. Resultado granulometría del material existente a estabilizar…… Figura 8. Determinación del límite liquido del material existente a estabilizar………………………………………………………………………… Figura 9. Determinación del límite plástico del material existente a estabilizar. ……………………………………………………………………….. Figura 10. Determinación de los factores de contracción del material existente a estabilizar…………………………………………………………… Figura 11. Pantallazo del resultado del programa DEPAV para el diseño de estructura con suelo estabilizado mediante STC (Colide)……………… Figura 12. Espesor estructura de suelo estabilizado mediante el STC (Coloide)………………………………………………………………………….. Figura 13. Determinación del espesor de Base Granular basado en el Modulo resiliente y el N. ……………………………………………………….. Figura 14. Espesor Estructura tradicional……………………………………. Figura 15. Resultado ensayo de compresión inconfinada muestra 1……... Figura 16. Resultado ensayo de compresión inconfinada muestra 2……... Figura 17. Levantamiento de la capa asfáltica existente…………………… Figura 18. Escarificación del material existente y acopio del material al lado de la vía…………………………………………………………………….. Figura 19. Compactación de la subrasante…………………………………..
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Figura 20. Distribución del cemento por bultos……………………………… Figura 21. Extendida del cemento…………………………………………….. Figura 22. Mezcla del material de la excavación con el cemento…………. Figura 23. Aplicación del agua y STC (Coloide)…………………………….. Figura 24. Mezcla de materiales………………………………………………. Figura 25. Compactación de la base estabilizada verificando niveles…… Figura 26. Instalación del adoquín para tráfico pesado……………………. Figura 27. Molde Para ensayo de compresión inconfinada………………... Figura 28. Compactación de la muestra……………………………………… Figura 29. Desmoldada de la muestra………………………………………... Figura 30. Muestra de suelo para el ensayo…………………………………. Figura 31. Resultado 1 Compresión Inconfinada……………………………. Figura 32. Resultado 2 Compresión Inconfinada……………………………. Figura 33. Resultado Granulometría arena de asiento……………………... Figura 34. Fachada ladrillera…………………………………………………...
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RESUMEN
El presente trabajo consiste en mostrar una metodología innovadora de estabilización de suelos bajo una formulación con cemento y un producto químico coloide, cuya característica es que en él se han empleado la tecnología de Sistema de Transporte Coloidal (STC), como una alternativa de solución, cuando se tienen suelos con baja capacidad estructural, de tal manera que se permita dotar al suelo de características físicas y mecánicas tales que se pueda utilizar como material de construcción del pavimento. La tecnología de Sistema de Transporte Coloidal (STC), consiste en partículas globulares con tamaños entre 50 y 900 nanómetros (diámetro teórico de partículas) en las que el ingrediente activo (elemento activo del cemento) viaja en la fase interna, aprovechando las condiciones iniciales de los terrenos utilizando los suelos existentes, procurando elevar la capacidad portante del suelo, con la respectiva densificación de la estructura , hasta obtener una estructura de pavimento con la misma capacidad estructural de la de un pavimento tradicional, mediante la determinación de espesores de diseño de las respectivas capas granulares de tal forma que nos permita realizar un comparativo entre los dos alternativas desde el punto de vista económico, ecológico y técnico.
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INTRODUCCIÓN
La estabilización de suelos y materiales granulares es un conjunto de técnicas que buscan modificar algunas de sus características indeseables, mejorando sus propiedades de comportamiento a través de procedimientos mecánicos e incorporación de productos químicos, el cual se debe mezclar íntima y homogéneamente con el suelo a tratar de acuerdo a especificaciones técnicas propias del producto, y a los características propias de los materiales a estabilizar para el propósito de uso que queremos darle al mismo, y que son utilizadas en múltiples actividades en la ingeniería de pavimentos, entre ellas, mejoramiento de subrasantes, materiales de base, subbase y afirmados, utilización de materiales de reciclaje provenientes de la rehabilitación de vías para conformación de capas de estructura de pavimento, para lo cual sólo trataremos uno de los métodos empleados en la construcción, tal es el caso del uso del SISTEMAS DE TRASNPORTE COLOIDALES. Se trabaja la aplicación del sistema de Transporte Coloidal, en suelos naturales existentes en la vía, aunque no cumplan con todos los requisitos físicos y mecánicos, que se mezclan con coloides adicionados y el cemento, previo análisis del laboratorio, y así obtener un nuevo suelo que se extiende y se densifica, de manera similar, a como se realizan las bases estabilizadas con cemento. Con dicho sistema se logra que haya una migración de todos los coloides, de una manera tal, que modifican el suelo de acuerdo con las propiedades y cantidades de los coloides agregados y de las características del suelo natural y permite la formación de unos retículos microporosos muy estables, con alta capacidad portante, y una correctiva elasticidad; permeables al aire y al agua, con propiedades adsorbentes en su superficie estructural que evitar la importación de material granular, obteniendo la racionalización o reducción de la cantidad de cemento con respecto a la cantidad recomendada para la mezcla tradicional del suelo cemento, además de optimizar el presupuesto de la construcción. Bajo esta premisa, se presenta esta monografía con el fin de que exponer el uso de un proceso de estabilización no convencional a una estructura de pavimento, aplicado a un proyecto específico en la ciudad de Bogotá.
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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El proyecto hace referencia a la reconstrucción y rehabilitación de la estructura de pavimento de las vías internas, destinado a soportar tráfico vehicular pesado de la Planta de producción de la Ladrillera Santafé, especializado en producir materiales de arcilla para el sector de la construcción, entre los cuales se encuentran productos tales como ladrillos estructurales y de fachada, adoquines, bloques divisorios, tejas y aligerante para placas de entrepisos, localizado en las afueras de la ciudad de Bogotá, en el Municipio de Soacha, en donde los yacimientos de arcilla presentan excelentes cualidades para su aprovechamiento industrial, constituido por una serie bodegas, plataformas de almacenamiento, embalaje y oficinas, aprovechando las condiciones iniciales de los terrenos procurando elevar la capacidad portante del suelo.
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2. JUSTIFICACIÓN:
Colombia dentro de un contexto de globalización, y en busca de un mayor desarrollo social, productividad económica y competitividad mundial, tiene dentro de sus principales prioridades la necesidad de implementar a nivel nacional un programa efectivo para la recuperación, estabilización y construcción de las vías terciarias del país, que le permita al país contar con una regular y adecuada comunicación, movilización y transporte a nivel nacional. Surge entonces la necesidad urgente de implementar a nivel nacional sistemas innovadores de construcción que permitan impulsar el desarrollo regional en Colombia, mediante mejoramiento, estabilización y construcción de las vías terciarias del país. Rompiendo con los paradigmas de la construcción tradicional y persiguiendo el objetivo de promover e incentivar el uso y aplicación de nuevas tecnologías y materiales de construcción, que faciliten y permitan el manejo de los mismos suelos nativos, con el fin de modificar sus propiedades inherentes de suelos altamente arcillosos, para lograr estabilizarlos de manera más eficiente y económica, o cual a su vez facilitaría la replicación y transferencia de resultados a la mayor parte de la geografía Colombiana, se presenta el uso y aplicación de la nanotecnología innovadora Sistema de Transporte Coloidal (STC).
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3. OBJETIVOS
3.1. OBJETIVO GENERAL
Presentar una alternativa de diseño, construcción y rehabilitación de las estructuras de pavimento, en función de los materiales a estabilizar, realizando un análisis comparativo entre un sistema de diseño tradicional y el sistema de estabilización de materiales existentes mediante la utilización de coloides, que permitan un buen desempeño obteniendo beneficios técnicos y económicos, en el proyecto a ejecutar en la Planta de producción de la Ladrillera Santafé, en el Municipio de Soacha, Departamento de Cundinamarca. 3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Determinar espesores finales de diseño de la estructura vial por dos sistemas (tradicional y por sistema de estabilización coloidal), realizando ensayos de campo y laboratorio de la vía a intervenir. Realizar un análisis comparativo desde el punto de vista económico de la estructura vial estabilizada por el STC vs. un sistema tradicional. Realizar seguimiento al proceso constructivo de la vía a construir en la Planta de producción de la Ladrillera Santafé, en el Municipio de Soacha, Departamento de Cundinamarca mediante la aplicación de coloides. Llevar a cabo ensayos de campo y laboratorio de la estructura final de la vía ejecutada del proyecto y poder verificar el cumplimiento de especificaciones técnicas.
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4. MARCO TEÓRICO Teniendo en cuenta que mediante el presente trabajo se realizó el seguimiento a la ejecución del proyecto “Trabajos de repavimentación en la planta de Soacha - Cundinamarca de la ladrillera Santa Fe”, a continuación se describe inicialmente los conceptos básicos para la ejecución del proyecto y paralelamente se describe el desarrollo del proyecto desde su etapa de planeación. 4.1. ANTECEDENTES El Sistema de Transporte Coloidal (STC), corresponde a la marca de un Sistema Coloidal diseñado, formulado y desarrollado hace más de 20 años por KEMTEK reconocido y clasificado por la Agencia de protección Ambiental de los Estados Unidos como GRS (Generlly Recognized As Safe), para ser utilizado como un estabilizador de diferentes tipos de suelos nativos o sus diferentes clases de mezclas, en las varias aplicaciones de materiales nativos en ingeniería civil para la construcción de vías y de vivienda. Kemtek desde hace 25 años ha venido aplicando sistemas coloidales en el sector agrícola para la racionalización en la aplicación de productos agroquímicos usados para el control de plagas y maleza así como de los fertilizantes utilizados para la nutrición vegetal con diferentes tipos de suelos nativos, que ha permitido comercializarla en más de 30 países en el sector agrícola, entre otros sectores industriales. Los coloides en la naturaleza corresponden a partículas con un comportamiento específico y característico que depende de su tamaño que se encuentra comprendido en la escala de medida de orden manométrico (nanómetro es igual a 1x10-9 m o millonésima parte de un milímetro) y que a su vez exhiben carga eléctrica residual definida que imparten a los suelos propiedades únicas de comportamiento en lo que hoy es conocido como nanotecnología en nuestro caso aplicada a la construcción. El STC corresponde a un GEO- estabilizador químico coloidal, diseñado y ajustado a la medida dependiendo de las características del suelo que se va a utilizar para la estabilización de suelos y de materiales granulares en el campo de la Ingeniería Civil extrapolando la experiencia que ha tenido Kemtek, conocimiento y resultados logrados con diferentes tipos de suelos tratados en el sector agrícola, permitiendo la formulación de estructuras reticulares microporosas estables con alta capacidad portante, facilitando y permitiendo la disminución de espesores de capas tratados con sistemas tradicionales y mejorando los respectivos módulos de flexión y resistencia. El coloide es biodegradable, no es corrosivo, no es inflamable, no es explosivo, y es altamente estable en medio ácido o alcalino al igual que con limos o lodos.
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Kemtek diseña, formula y desarrolla productos usando nanotecnología aplicada, como el STC para construcción de vía en estabilización de base y subbase (con diferentes tipos de suelos nativos incluidos orgánicos, arcillas, lodos, recebos contaminados, aren de mar), logrando capacidad promedio portante a los 7 días por encima de 21KG/cm2 con adición de cemento en proporciones de 40 a 60 kg/m3 de mezcla, o incluso sin adicionar cemento. El STC permite el uso de cualquier agua (sin tratar) incluida agua de mar. Se aplica con agua en dosis de 150 a 200 g/m3 de mezcla a estabilizar, es biodegradable y NO forma parte de las estructuras estabilizadas así que a largo plazo No degrada y NO genera erosión. Propiedades de resiliencia y flexibilidad obtenidas con diferentes suelos nativos y coloides, permiten reducir espesores de diseño de capas a tratar en más de un 50% comparado con espesores a tratar en sistemas tradicionales de diseños de vías. A diferencia de aditivos tradicionalmente utilizados usando Coloides, NO hay limitaciones POR TIPO DE SUELO, No es necesario descartar suelos nativos, Ni reemplazarlos por materiales seleccionados importados al sitio, No es necesario tratar agua, NO existen restricciones de uso por clima, NO existen restricciones de uso ni limitación en los resultados por tamaño de partícula ni porcentaje de gradación. STC (coloides) ofrece ventajas comparativas innovadoras como reducción en costos, optimización de recursos económicos, conservación de recursos naturales, permitiendo a todos acceder a mejores condiciones de calidad de vida y bienestar, al ofrecer infraestructuras de transporte y comunicación en comunidades con escasos recursos económicos y/o difícil acceso geográfico por transporte de materiales. 4.2. ALCANCE O DELIMITACIÓN
CONCEPTUAL Y GEOGRÁFICO: Estabilización de suelos, subrasantes y materiales granulares de base, subbase y afirmado para la construcción de vías mediante la utilización de coloides, en el proyecto de la planta de producción de la Ladrillera Santafé, localizada en Soacha, Departamento de Cundinamarca.
LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO
PLANOS Y ÁREAS
El siguiente plano indica la ubicación exacta de la repavimentación con adoquín de arcilla (achurado rojo) que se está realizando en los accesos de la planta de producción de la Ladrillera Santafé, localizada en Soacha, en la Calle 10E con Carrera 16 E.
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Figura 1. Localización Ladrillera Santa Fe en el Municipio de Soacha
Figura 2. Localización Proyecto dentro de la Ladrillera.
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Figura 3. Área de Intervención.
ÁREAS DE LOS TRAMOS A REPAVIMENTAR.
PAVIMENTO USO AREA (m2)
Adoquín en arcilla Tráfico vehicular pesado 600
CRONOLÓGICO: El desarrollo de la propuesta se desarrollaría paralelamente a la ejecución del proyecto en el cual se aplicará este método de estabilización durante un periodo de 3 meses.
Delimitamos el alcance de nuestra propuesta al análisis y seguimiento de un (1) solo proyecto para el mejoramiento de suelo existente y su estabilización hasta obtener una estructura vial. 4.3. METODOLOGÍA La metodología utilizada para la presentación del trabajo CONSTRUCCIÓN DE CAPAS ESTRUCTURALES DE PAVIMENTO ESTABILIZADAS MEDIANTE SISTEMA DE TRANSPORTE COLOIDAL (STC). Se inicia mediante la explicación en qué consiste el concepto de estabilización mediante el sistema
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de transporte coloidal, luego se describen las características y especificaciones de los materiales a utilizar, así como los equipos empleados para su ejecución. Seguidamente se presenta la descripción de las actividades preliminares y del proceso constructivo de un proyecto ejecutado mediante este sistema objeto de seguimiento. Por último, dentro de la descripción de las actividades preliminares, se realizó un análisis comparativo de una estructura de pavimento articulado tradicional con la estructura de un pavimento articulado cuya estructura fue estabilizada mediante el sistema de transporte coloidal. Teniendo en cuenta los resultados obtenidos al seguimiento y análisis comparativo se presenta las conclusiones del proyecto de grado. 4.4. ESTABILIZACIÓN MEDIANTE SISTEMA DE TRANSPORTE COLOIDAL (STC) La estabilización consiste en la ejecución de todas las actividades necesarias para la construcción de una o varias capas estructurales de pavimentos constituidas por materiales resultantes de la escarificación de la capa de la superficie existente, o por material de préstamo, o una mezcla de ambos, incrementando su desempeño mecánico y durabilidad mediante procesos físico-químicos, con el menos deterioro ambiental y minimizando los riesgos para la salud de los seres vivos. Este trabajo consiste en la construcción de una capa constituida por material resultante de la escarificación del suelo superficialmente existente, estabilizándolo con cemento Portland tipo I y STC (Coloide) de acuerdo con los alineamientos y secciones indicadas en los documentos del proyecto o determinados por el interventor. La estabilización de suelos con cemento Portland tipo I y STC (Coloide) incluyen las siguientes operaciones:
Estudios previos del material
Estudio de la mezcla y obtención de las formulas de trabajo
Pulverización del suelo existente
Incorporación de cemento Portland tipo I y coloides al agua, mezclado y extendido.
Compactación y terminación.
Curado. 4.5. MATERIALES UTILIZADOS EN LA ESTRUCTURA 4.5.1. Materiales de la base estabilizada mediante STC (Coloide).
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4.5.1.1. Coloide El STC (Coloide) es un estabilizante químico que actúa al ser adicionado al suelo a estabilizar.
Figura No. 4. Muestra del coloide Figura 5. Presentación de la marca ejecutada en la obra.
Es una formulación equilibrada y desarrollada de acuerdo al área de aplicación, que se adiciona en pequeñísimas proporciones a una mezcla formada por suelo nativo y una menor proporción de cemento en relación con el suelo-cemento tradicional Así es como, al mezclar suelo natural con el STC (Coloide) y con otro coloide como es el CEMENTO, se logra que haya una migración de los coloides, de una manera tal, que modifican el suelo de acuerdo con las propiedades y cantidades de los coloides agregados y de las características del suelo natural. Permite la formación de unos retículos microporosos muy estables, con alta capacidad portante, y una correctiva elasticidad; permeables al aire y al agua, con propiedades absorbentes en su superficie estructural. Deberá aplicarse en medio líquido y requiere estar respaldado por una constancia del fabricante sobre su almacenamiento, eficiencia, forma de uso y hoja técnica de seguridad El constructor deberá garantizar que el producto por utilizar no implica riesgo de contaminación, ni peligro para la salud de seres vivos. Igualmente garantizará la positiva modificación del suelo a tratar para el fin contratado. 4.5.1.2. Suelo existente. Para el proceso de estabilización con STC (Coloide), se puede utilizar el suelo existente sin restricciones tal como se determina en la Guía para el diseño y construcción de capas estructurales para pavimentos estabilizados mediante procesos químicos del INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO DE SANTAFE DE BOGOTA Numeral 3.1.1 Cualidades de los suelos Tabla 3 en donde se
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determina que no existen restricciones (S/R) Para los materiales estabilizados con sistema de transporte coloidal. Los materiales a estabilizar son los resultantes de la escarificación con o sin adición de material de préstamo que sean compatibles con el cemento y el STC (Coloide), y deben corresponder a los materiales con que se elaboró el diseño de la estructura a estabilizar. 4.5.1.3. Cemento. Se utilizará cemento Portland que cumpla con los requisitos de las normas ICONTEC 121 y 321, se podrá utilizar cemento en sacos o a granel dependiendo del equipo de manejo de que disponga el constructor. En caso de requerirse un tipo de cemento diferente, este será descrito por el Proveedor argumentado la razón técnica acerca del uso del mismo. 4.5.1.4. Agua El agua para disolver el químico estabilizante mediante el sistema de transporte coloidal puede ser la del sitio sin restricciones. 4.5.3. Materiales de rodadura 4.5.3.1. Adoquín de arcilla de 8cm tráfico vehicular pesado. Los adoquines son utilizados como materiales para la construcción de pavimentos, destinados a soportar la circulación peatonal en andenes y para el tráfico vehicular, instalados de manera que permiten una distribución de las cargas equivalente a la de una capa monolítica. Los adoquines más comunes son de concreto y de arcilla. Los adoquines fabricados con arcilla, esquisto (roca de textura pizarrosa) o sustancias terrosas naturales u otros similares son elaborados mediante un tratamiento térmico con elevadas temperaturas de cocción para cumplir con los requisitos de resistencia y durabilidad. Especificaciones técnicas
Dimensiones. Tolerancia dimensional. Color. Textura. Peso por unidad. Unidades por metro cuadrado. Aplicación.
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Clasificación. Resistencia a la compresión. Resistencia a la flexión. Absorción de agua. Normas aplicadas.
El adoquín de arcilla utilizado en el proyecto cumple con las siguientes especificaciones técnicas.
Tabla 1. Especificación Adoquín de Arcilla para tráfico vehicular pesado
4.5.3.2. Arena de asiento.
La arena de asiento del adoquín debe ser una arena limpia, común y bien lavada, preferiblemente gruesa, puede ser una arena natural procesada o arena fabricada, esta arena no podrá contener más de un 3% de arcillas y/o limos y estará exento de materias extrañas y sales perjudiciales, y tiene que presentar la siguiente granulometría mínimo en un 95% de su totalidad.
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Tabla 2. Granulometría arena de asiento para Instalación de adoquín
4.5.3.3. Arena de sello. La arena de sello tendrá que ser una arena fina y natural, como la que se usa para pañetar, tiene que estar completamente seca, libre de cualquier materia orgánica y sales solubles perjudiciales, y tiene que presentar la siguiente granulometría mínimo en un 95% de su totalidad.
Tabla 3. Granulometría arena de sello para Instalación de adoquín
4.6. EQUIPOS UTILIZADOS EN EL STC Para todos los casos de estabilización se solicitará básicamente el equipo aquí expuesto, este deberá ser compatible con los procedimientos de construcción adoptados, teniendo en cuenta que su capacidad y eficiencia se ajusten al programa de ejecución especifico de las obras. El equipo debe ser el adecuado para lograr un proceso de estabilización homogénea de acuerdo con las características del área a intervenir. Para realizar la estabilización de un suelo con cemento y STC (Coloide), se pueden utilizar los equipos tradicionales para la construcción de pavimentos, más otros apropiados para disgregar el suelo que se quiere estabilizar. 4.6.6. Disgregadores Para disgregar el suelo existente, se puede recurrir al uso de retroexcavadoras o de motoniveladoras, que ayudan a romper y soltar la estructura del suelos existente.
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4.6.7. Mezcladores Estos equipos son los que se utilizan para mezclar los materiales disgregados, con el cemento, coloides y el agua, hasta obtener una mezcla homogénea uniforme. Se pueden utilizar los arados agrícolas, en obras pequeñas, motoniveladoras, retroexcavadoras. 4.6.8. Compactadores La compactación de la mezcla se hace con los equipos tradicionales para compactar materiales granulares, teniendo en cuenta que se deben utilizar compactadores metálicos. 4.6.9. Distribución del cemento La distribución del cemento se hace manualmente, dejando un bulto de cemento en un recuadro, que tiene el volumen de suelos compacto, que se estabilizará con los kilos de cemento del saco.
4.6.10. Distribución del agua y químico estabilizante La superficie del material reciclado se debe mantener húmeda, hasta finalizar todas las operaciones, para garantizar la hidratación del cemento. Para ello, se pueden utilizar carrotanques con dispositivos capaces de regular el aporte de agua o circular a diferentes velocidades, en los cuales no se pueda controlar la descarga del agua. 4.7. ACTIVIDADES INICIALES 4.7.1. Visita al sitio Debe realizarse una visita preliminar para establecer las condiciones de trabajo, de la cual deberá resultar el sistema de construcción escogido, los equipos que se utilizarán, así como las demás variantes, que permitan la planificación y programación de la obra. Antes de tomar la decisión de realizar la estabilización de un suelo y de cómo hacerlo, se hace una inspección de las características y condiciones del material existente, en la cual se miden los espesores de los estratos y el estado en el que se encuentren los materiales que los constituyen.
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4.7.2. Estudio suelos En esta etapa se acopia la mayor cantidad de elementos de juicio, para definir la capacidad estructural del suelo y evaluar la alternativa de la estabilización mediante la utilización del SISTEMA DE TRANSPORTE COLOIDAL. Toma de muestras Con la vía ya sectorizada se inicia la exploración de campo, en donde se ejecutan sondeos, para determinar, los espesores de suelo y el estado en que se encuentran. La información anterior se refuerza con los apiques, para sacar muestras de los materiales que permitan, en el laboratorio evaluar sus características mecánicas. El número y frecuencia de los sitios que se inspeccionarán, dependen de la importancia de la obra y de la heterogeneidad de los suelos. En general, se necesitan del orden de uno o dos sondeos por kilómetro. En el sitio de la obra, se tomaron muestras del material existente a estabilizar al cual se le realizaron ensayos de granulometría y límites para poder determinar la clasificación del suelo, donde se obtuvieron los siguientes resultados:
Figura 6. Material existente a estabilizar.
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Figura 7. Resultado granulometría del material existente a estabilizar.
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Figura 8. Determinación del límite liquido del material existente a estabilizar.
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Figura 9. Determinación del límite plástico del material existente a estabilizar.
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Figura 10. Determinación de los factores de contracción del material existente a estabilizar.
4.7.3. Diseños de Pavimentos. 4.7.3.1. Diseño de estructura con suelo estabilizado mediante STC
(Colide) Según la información suministrada, mediante el programa DEPAV se determinó el espesor de la capa a realizarle la estabilización mediante STC (Coloide), así:
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Figura 11. Pantallazo del resultado del programa DEPAV para el diseño de estructura con suelo estabilizado mediante
STC (Colide)
Según los resultados obtenidos del diseño de la estructura de pavimento mediante el DEPAV, el siguiente es el esquema de la estructura del pavimento para tráfico vehicular pesado con adoquín de arcilla:
Adoquin TP 8cmArena de Asiento 4cm
Material No
Seleccionado
Estabilizado con
Cemento Sta Soil
Estructura Pavimento Adoquinado Trafico Pesado
25cm
Figura 12. Espesor estructura de suelo estabilizado mediante el STC (Coloide)
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4.7.3.2. Diseño de pavimento estructura tradicional Para este cálculo de la estructura se utilizó la metodología de diseño ICPI (Interlocking Concrete Pavement Institute ), presentada mediante la publicación del Ingeniero Fernando Sánchez Sabogal, módulo 14, empleando las tablas y cuadros de cálculo propuestos en la metodología, para la obtención de los diferentes factores y la determinación de los espesores. Factores de diseño: a. Medio Ambiente y drenaje:
Tabla 4. Clasificación de la vía según Medio ambiente y drenaje
Teniendo el cuadro anterior, (Publicación del Ingeniero Fernando Sánchez Sabogal, modulo 14), de acuerdo con la información climática, se anticipa que el pavimento estará expuesto a niveles cercanos a la saturación más del 25% del tiempo, y previendo que la calidad del drenaje sea aceptable, se adopta la Opción 1 para el establecimiento de la resistencia de la subrasante. b. Resistencia de la subrasante: Teniendo en cuenta los resultados obtenidos del laboratorio de la UMNG de granulometría e índice de plasticidad, se clasificó el suelo como un A-4, y dada la condición ambiental (Opción 1) se adopta un MR de 7.500 PSI (52 MPa)
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Tabla 5. Obtención del modulo resiliente del suelo según su clasificación
c. Tránsito. Como no hay información detallada disponible, y teniendo en cuenta que se trata del acceso de la planta de producción de la Ladrillera Santafé, localizada en Soacha, con una alta circulación de tráfico pesado, se adoptó un N de 8.300.000 ejes equivalentes de 80 KN en el carril de diseño en 20 años, recomendado mediante la siguiente tabla:
Tabla 6. Determinación del N de diseño según la clasificación de la vía
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d. Materiales de construcción
Adoquín de arcilla de 80 mm tráfico vehicular pesado
Arena para sello.
Capa de arena de asiento, el espesor de esta capa para el espesor de los adoquines, oscila entre 30 y 40 mm (esta capa no brinda aporte estructural).
Base granular.
Subbase granular. Determinación de espesores: a. Espesor de los adoquines de arcilla para tráfico vehicular pesado se
estableció en 80 mm.
b. Espesor de la capa de asiento de los adoquines 40 mm.
c. Espesor de la capa de material de base y subbase granular se determinó mediante la siguiente gráfica de diseño.
Figura 13. Determinación del espesor de Base Granular basado en el Modulo resiliente y el N.
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Teniendo en cuenta que mediante la metodología ICPI se deben respetar los siguientes espesores mínimos para la capa de base granular:
100 mm si N < 500.000 Ejes.
150 mm si N ≥ 500.000 Ejes. Basados en la gráfica anterior, donde el espesor total obtenido de base granular es de 410 mm, respetando los espesores mínimos, se determina un espesor de base granular de 250 mm y utilizando el factor de conversión de espesor de base a espesor equivalente de subbase granular de 1.75 veces el valor restante de base así: Espesor base restante= (410 mm – 250mm) = 160 mm Espesor de Subbase= 1.75 x (160 mm) = 280 mm Según los resultados obtenidos del diseño de la estructura de pavimento mediante la metodología ICPI, el siguiente es el esquema de la estructura del pavimento para tráfico vehicular pesado con adoquín de arcilla:
Figura 14. Espesor Estructura tradicional.
4.7.3.3. Análisis comparativo económicamente Teniendo en cuenta las estructuras obtenidas anteriormente, se realiza un análisis económico de los mismos, donde se determina su costo por metro cuadrado (m2) de ambas estructuras, así:
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Presupuesto estructura base estabilizada mediante el STC (Coloide)
Tabla 7. Presupuesto estructura base estabilizada mediante el STC (Coloide)
PROYECTO : PLANTA SOACHA
OBRA: LADRILLERA SANTA FE SA SOACHA
NIVELACION, ESTABILIZACION CON SUELO CEMENTO Y STC (Coloide)
FECHA : ENERO DE 2.014
DESCRIPCION ITEM : CONFORMACION DE BASE EN MEZCLA DE AFIRMADO CON SUELO CEMENTO + STC (Coloide) e= 25CM
CAPITULO ITEM UNIDAD
1 1.3 M2
MATERIALES UND CANT VR UNIT VR TOTAL REVISION
CEMENTO TIPO 1 KG 17.5 500 8,750.00
STASOIL KG 0.05 250,000.00 12,500.00
AGUA LTS 25 20 500.00
OBSERVACIONES SUMAN 21,750.00
TOTAL MATERIALES 21,750.00
EQUIPO TARIFA RENDIMIENTO V/UNITARIO V/TOTAL REVISION
MOTONIVELADORA HORA 0.02 110,000.00 2,200.00
RECICLADORA RR-250 O SIMILAR M3 0.25 19,500.00 4,875.00
VIBROCOMPACTADOR HORA 0.01 70,000.00 700.00
CARROTANQUE HORA 0.02 50,000.00 1,000.00
OBSERVACIONES
TOTAL EQUIPO 8,775.00
MANO DE OBRA TARIFA RENDIMIENTO V/UNITARIO V/TOTAL REVISION
CUADRILLA AA (ALBAÑILERIA) HC 0.12 44,200.00 5,304.00
TOPOGRAFIA(VERIFICACION) 1 180 180
OBSERVACIONES
TOTAL MANO OBRA 5,484.00
ELABORO:
TOTAL COSTO DIRECTO 36,009
ESTABILIZACION COLOIDAL
FORMATO ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
DOCUMENTO : ANALISIS UNITARIO
Tabla 8. APU Conformación de base en mezcla de afirmado existente con suelo cemento y STC (Coloide)
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PROYECTO : PLANTA SOACHA
OBRA: LADRILLERA SANTA FE SA SOACHA
FECHA : ENERO DE 2.014
DESCRIPCION ITEM : INSTALACION DE ADOQUINES EN ARCILLA.
CAPITULO ITEM UNIDAD
1 1.3 M2
MATERIALES UND CANT VR UNIT VR TOTAL REVISION
ADOQUINES ESPAÑOL 8 CM UND 50 590 29,500.00
ARENA M3 0.05 45,000.00 2,250.00
OBSERVACIONES SUMAN 31,750.00
TOTAL MATERIALES 31,750.00
EQUIPO TARIFA RENDIMIENTO V/UNITARIO V/TOTAL REVISION
VIBRO COMPACTADOR DE PLACA DIA 0.005 85,000.00 425.00
OBSERVACIONES
TOTAL EQUIPO 425.00
MANO DE OBRA TARIFA RENDIMIENTO V/UNITARIO V/TOTAL REVISION
CUADRILLA AA (ALBAÑILERIA) HC 0.2 54,200.00 10,840.00
OBSERVACIONES
TOTAL MANO OBRA 10,840.00
ELABORO:
TOTAL COSTO DIRECTO 43,015
ESTABILIZACION COLOIDAL
FORMATO ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
DOCUMENTO : ANALISIS UNITARIO
Tabla 9. APU Instalación adoquín de arcilla
Presupuesto estructura convencional
ITEM DESCRIPCIÓN UNID CANT V/UNIT V/TOTAL
1 OBRAS PRELIMINARES
1 PAVIMENTO
1.1
EXCAVACION MECANICA INCLUYE
RETIRO M3 0.65 18,000 11,700
1.2 SUMINISTRO GEOTECTIL NT 2400 M2 1 2,850 2,850
1.3
SUMINISTRO E INSTALACION DE
MATERIAL DE SU-BASE M3 0.28 70,000 19,600
1.4
SUMINISTRO E INSTALACION DE
MATERIAL BASE M3 0.25 95,000 23,750
1.5
MANO DE OBRA COLOCACION
ADOQUINES M2 1
43,015 43,015
SUB TOTAL 100,915
ADMINISTRACION % 12.00% 12,110
IMPREVISTOS % 3.00% 3,027
UTILIDAD % 5.00% 5,046
IVA / UTILIDAD % 16.00% 807
TOTAL 121,905
PARALELO SISTEMA TRADICIONAL PARA UN M2
LISTA DE CANTIDADES Y SUS PRECIOS
Tabla 10. Presupuesto estructura tradicional
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Como el área que se está interviniendo es de 600 m2, el costo que tendría la obra donde se utilizará una estructura convencional sería de $73.143.000, mientras que el costo del proyecto estabilizando el suelo existente con cemento y coloides sería de $57.276.600, obteniendo una diferencia de $15.866.400 en todo el proyecto, vale la pena aclarar que el área intervenida es pequeña, donde fuera grandes extensiones el ahorro seria mucho mayor. 4.7.4. Diseño de la mezcla. En el diseño de la mezcla, se busca dotar al suelo con baja capacidad estructural, de características mecánicas tales que se puedan utilizar como material de construcción del pavimento. Dichas características, deben estar de acuerdo con lo que el diseñador del pavimento pide para el material, o son el resultado de la caracterización física y mecánica de una mezcla de materiales dada, para que el diseñador determine el espesor en que se ha de construir las capas. En el diseño de la mezcla, se busca determinar, el contenido de cemento y el químico de transporte coloidal que hay que adicionar al material existente en el sitio, y la necesidad, o no, de ajustar la curva granulométrica del material disgregado, con la incorporación de cierta cantidad de agregados, para que cuando se mezclen íntimamente y se compacten, hasta alcanzar la densidad requerida, sea capaz de atender, de manera satisfactoria, los esfuerzos a que se verá sometido. El diseño está orientado a dotar al suelo de un cierto nivel de resistencia a la compresión. El contenido de cemento y coloides para alcanzar la resistencia, se determina, teniendo en cuenta las condiciones de variabilidad del material disgregado, el efecto de la variación en el contenido de agua, la densidad que se alcance en las probetas y las condiciones ambientales a que estará sometida la construcción. Generalmente, se pide que la resistencia a la compresión, a los siete días, sea del orden de 2 Mpa, la cual se consigue normalmente con contenidos de cemento en peso de 3 y 5% y 150 a 200 gr de coloides. El ensayo a la compresión, se hace en probetas compactadas con la energía correspondiente al ensayo Próctor modificado y que tengan, al menos, el 97% de la densidad máxima. Dado lo anterior, utilizando la muestra de suelo se elaboran briquetas para ajustar las cantidades de Coloide, y cemento para obtener las condiciones requeridas, mediante las cuales se determinarán las dosificaciones óptimas para las condiciones requeridas en el proyecto, para el caso del proyecto al
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cual se le realizo el seguimiento, las proporciones utilizadas fueron de 70 kg de cemento y 200 grs de Coloide por metro cúbico (m3) compacto. Los resultados obtenidos de las probetas falladas son los siguientes:
Figura 15. Resultado ensayo de compresión inconfinada.
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Figura 16. Resultado ensayo de compresión inconfinada muestra 2
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4.8. PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS Después de tomar la decisión de estabilizar el suelo con cemento y coloides, se inician las labores de la construcción, las cuales consisten en disgregar el suelo; si es necesario, corregir la granulometría con aportes de agregados de préstamo, distribuir el cemento, diluir el químico estabilizante mediante el sistema de transporte coloidal en el agua y adicionarla hasta alcanzar la humedad adecuada, realizar la mezcla, ejecutar las juntas si son necesarias, densificar el material, curar el suelo estabilizado y construir la capa de rodadura.
El proceso constructivo dependerá del equipo disponible y del que en última instancia, se escoja para tal fin. Estabilizar suelos, es un proceso que involucra altas velocidades de producción, con la consecuente necesidad de disponer acopios suficientes de cemento, agua, que se pueden constituir en un reto, cuando se trata de obras distantes de los centros de producción.
El primer paso consiste en definir los volúmenes, a fin de programar los pedidos de los ingredientes que se necesitan en la obra, para garantizar los rendimientos deseados.
Cuando la obra lo amerite, o donde los suministros, de cemento y agua, sean complicados, es necesario disponer de sistemas de almacenamiento, con la capacidad necesaria para atender la obra, durante el tiempo que se estime que han de durar los eventuales retrasos en el suministro de las materias primas. Después de definir la logística para el suministro de materiales, se establece, con base en el equipo disponible y las condiciones climáticas, el proceso constructivo en sí mismo, en el que se define el número de pasadas del equipo, la longitud de la obra que se acometerá por unidad de trabajo, los circuitos de circulación de los vehículos de la obra y de los usuarios de la vía, los tiempos para hacer los mantenimientos preventivos en los equipos de construcción, los horarios diarios para iniciar y terminar los trabajos, el transporte del personal de la obra, y todo lo necesario, para tener una obra sin interrupciones y que se alcancen, en la realizada, los rendimientos teóricos. 4.8.1. Preparación de la sub-rasante Utilizando los equipos adecuados, se buscaran los niveles establecidos relativos al perfil longitudinal, líneas y secciones transversales. Se debe descapotar el terreno hasta encontrar el suelo que se va a estabilizar, si se trata de una estabilización en zonas donde exista capa vegetal, para el caso al cual se le está realizando el seguimiento, se hace es el levantamiento de la capa asfáltica existente.
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Figura 17. Levantamiento de la capa asfáltica existente.
Una vez levantada la capa asfáltica existente, utilizando los equipos adecuados, se buscaron los niveles establecidos relativos al perfil longitudinal, líneas y secciones transversales. Ya establecidos, se procedió a escarificar el tramo a tratar a la profundidad (25 cm) requerida, utilizando el equipo disponible y adecuado para esta actividad, hasta llegar al nivel determinado en el diseño. Este material se acopiara en un sector de la vía. Los sobre tamaños, partículas mayores de tres pulgadas de diámetro se retiran manualmente. Durante esta operación se verifica que la subrasante soporte sin desplazamientos que indiquen posibles fallos del equipo de construcción y de compactación.
Figura 18. Escarificación del material existente y acopio del material al lado de la vía.
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Figura 19. Compactación de la subrasante.
4.8.2. Colocación y distribución del cemento El cemento Pórtland tipo 1, se distribuye uniformemente en la cantidad indicada sobre la superficie en una operación continua para el espesor calculado, esta operación se ejecuta en sacos o a granel, pero que garantice la cantidad de cemento a utilizar de acuerdo al diseño específico.
Figura 20. Distribución del cemento por bultos. Figura 21. Extendida del cemento.
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4.8.3. Operación de mezclado Una vez cumplido el paso anterior se procede a mezclar con la motoniveladora o con un equipo adecuado, hasta lograr la homogeneidad de integración del suelo y el cemento, este proceso se podrá realizar haciendo cordones longitudinales y volteos con la cuchilla del equipo o con un equipo reciclador hasta obtener una mezcla completa y uniforme, en el caso del proyecto objeto de seguimiento, se mezcló el cemento con el material producto de la excavación hasta que se obtuvo una mezcla homogénea.
Figura 22. Mezcla del material de la excavación con el cemento.
4.8.4. Aplicación de agua y del STC (Coloide) Se establecerá la cantidad de agua requerida para obtener la humedad de manejo, cumplido esto, se procede a humedecer la mezcla anterior con un porcentaje de agua suficiente hasta lograr humedecer o mejorar la totalidad de la mezcla que será distribuida sobre la subrasante, sin llegar a la humedad óptima necesaria. Una vez realizada esta operación se procede a disolver el STC (Coloide) calculado en el resto del agua determinada y se distribuirá sobre la mezcla colocada hasta obtener la humedad óptima para la mezcla y compactación del material. No deben quedar partes secas o sin humedecer. De ser necesario la aplicación de más agua para obtener la humedad óptima se procederá de igual manera sin aplicar más estabilizante sobre la mezcla. Si por el contrario la humedad obtenida inicialmente es superior a la óptima establecida, se procederá a orear el material hasta obtener el punto requerido.
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Figura 23. Aplicación del agua y STC (Coloide)
4.8.5. Conformación de la base Una vez realizados los pasos anteriores, se procede a buscar los niveles, perfiles y pendientes de la base predeterminados por la topografía y el diseño del tramo, con el uso de la moto niveladora. Estos niveles y perfiles se buscaran lo más aproximados a la conformación definitiva de la base. Una vez aplicado el STC (Coloide), se volverá a mezclar el material ya tratado con cemento y STC (Coloide), para lograr una mezcla homogénea, los equipos más utilizados en vías y en áreas donde puedan operar son, la motoniveladora, la pulvimixer o la recicladora, en el caso del proyecto se llevó este segundo mesclado mediante cargadores.
Figura 24. Mezcla de materiales.
Durante esta fase, se tomaron muestras en briquetas para ser falladas y así obtener la resistencia a la compresión del material estabilizado como control del cumplimiento de la resistencia deseada.
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Construidos los pasos anteriores se procederá a buscar los niveles, perfiles y pendientes de la base predeterminados por la topografía y el diseño del tramo. 4.8.6. Compactación Una vez verificados los perfiles, se procederá a compactar la mezcla con un equipo adecuado, utilizando el método tradicional de compactación mediante un compactador de rodillo con o sin vibración. El número de pasadas del compactador serán las necesarias hasta obtener la compactación de la mezcla que satisfaga los diseños establecidos. Generalmente con seis pasadas en espesores entre 15cm y 20 cm. son suficientes siempre y cuando se controle la humedad óptima de la mezcla. Para realizar el control de compactación se ejecuta el ensayo de peso unitario en el terreno, método del cono de arena, INV E 1613, o en su defecto el ensayo de peso unitario del suelo y del suelo – agregado en el terreno mediante métodos nucleares, INV E 1644.
Figura 25. Compactación de la base estabilizada verificando niveles.
4.8.7. Instalación de la carpeta de rodadura Una vez compactada la base estabilizada, previa verificación del cumplimiento de las resistencias esperadas y verificación de la no presencia de fallos de la base, se procede a realizar la instalación de la arena de asiento cuyo espesor es de 4 cm, el cual debe ser extendido uniformemente verificando los niveles del proyecto, sobre esta arena se asienta los adoquines para tráfico pesado cuyas características se nombraron anteriormente en el presente informe. El espesor suelto de la capa de arena será tal que, una vez se compacte, quede con un espesor de 3 a 4 cm. La arena debe tener una granulometría continua tal que la totalidad de la arena pase por el tamiz ICONTEC 9,51 mm (3/8”) y no más del 5% pase el tamiz ICONTEC 74 u (N.º 200).
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Cuando la arena colocada sufra algún tipo de compactación se le debe dar varias pasadas con el rastrillo para devolverle la soltura y luego se enrasa nuevamente. No se recomienda colocar los adoquines sobre la capa de arena que haya soportado lluvia o escorrentía, de manera que se debe levantar y devolver a la zona de almacenamiento y se remplaza por arena suelta y uniforme. Sobre la base de recebo debidamente compactada y teniendo en cuenta los niveles definidos, se coloca la capa de arena seca, previamente zarandeada y se enrasa con boquillera; se instala el adoquín con base en el despiece indicado, previendo los cortes del ladrillo; si las piezas contra sardineles o confinamientos tienen dimensiones inferiores a 4 cm, se recomienda hacer una mezcla de mortero en proporción 1:4 con mineral rojo hasta obtener el tono del adoquín, llenando los espacios con ésta. Una vez colocando el adoquín, sobre la superficie de caucho o tabla se compacta con el vibrocompactador manual o rana. Los ladrillos fracturados o partidos se deben remplazar por unidades en buen estado, luego se coloca el sello, con arena zarandeada muy fina y limpia se cubre la superficie ya adoquinada llenando todos los espacios entre adoquines y dejando una capa de arena se hace nuevamente el proceso de compactación con dos pasadas. La arena debe tener una granulometría continua tal que la totalidad de la arena pase por el tamiz ICONTEC 2,36 mm (N.º 8). Posteriormente se barre la arena sobrante y nuevamente se reemplazan los adoquines rotos o fracturados, finalmente se lava la superficie con agua. Las juntas del adoquín deben ser selladas con la arena de sello cuyas características granulométricas deberán cumplir las nombradas anteriormente.
Figura 26. Instalación del adoquín para tráfico pesado.
4.8.8. Apertura al servicio y tránsito de vehículos Una vez terminado de instalar y sellar el adoquín, se pueda dar apertura al tráfico sin restricción alguna.
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4.9. ENSAYOS DE CALIDAD Se realizan los ensayos pertinentes a la base estabilizada con cemento y STC (Coloide), para garantizar el cumplimento de los requisitos de diseño y funcionamiento de la estructura. Para tal fin deberán seguirse las Normas de Ensayos de Materiales para Carreteras o las Normas de Construcción de Pavimentos. VER Guía para el diseño y construcción de capas estructurales para pavimentos estabilizados mediante procesos químicos del INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO DE SANTAFE DE BOGOTA Numeral 6.2 tabla 11 4.9.1. Ensayos al material estabilizado.
Durante el seguimiento realizado al proyecto se tomaron briquetas para realizárseles el ensayo a la resistencia a la compresión de cilindros preparados de suelo cemento, las muestras fueron preparadas con cemento y STC (Coloide) y la toma de estas muestras se llevó a cabo teniendo en cuenta la norma INV-E-809-7, el procedimiento para la toma de las muestras se muestra en las siguientes imágenes:
Figura 27. Molde Para ensayo de compresión inconfinada. Figura 28. Compactación de la muestra
Figura 29. Desmoldada de la muestra. Figura 30. Muestra de suelo para el ensayo
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Los resultados obtenidos son:
Figura 31. Resultado 1 Compresión Inconfinada
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Figura 32. Resultado 2 Compresión Inconfinada
4.9.2. Arenas.
Se realizaran ensayos de granulometría a las arenas de asiento para determinar sus propiedades y usos, estos ensayos se realizaron en el laboratorio de la Universidad Militar Nueva Granada, cuyos resultados fueron los siguientes:
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Figura 33. Resultado Granulometría arena de asiento.
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4.9.3. Adoquines. Los ensayos de calidad de los adoquines para tráfico pesado utilizados en la ejecución del proyecto fueron realizados por el contratante del proyecto quien es el mismo fabricante y proveedor de este insumo los cuales deberían cumplir con las especificaciones anteriormente nombradas.
Figura 34. Fachada ladrillera.
4.10. RECIBOS DE TRABAJO 4.10.1. Controles Generales. Durante el desarrollo de la obra se deberá realizar controles al correcto funcionamiento de los equipos y herramientas empleadas según el proceso de estabilización, así mismo, los materiales deberán cumplir con los requisitos de calidad exigidos. El interventor deberá efectuar ensayos para el control de mezclas y resistencia de ella luego de compactada. 4.10.1.1. Calidad del Cemento El cemento Portland deberá cumplir lo especificado en las normas ICONTEC 121 y 321. 4.10.1.2. Calidad del Estabilizante Químico Por ningún motivo se permitirá el empleo de un estabilizante o cuya calidad no esté de acuerdo con los requisitos de utilización establecidos por su fabricante. 4.10.1.3. Calidad del Agua El agua a utilizar no tiene restricciones, si por algún motivo se va a utilizar agua cuyas características supongan el contenido de sustancias que se consideren potencialmente nocivas para el producto se hará la consulta respectiva al fabricante del producto estabilizante.
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4.10.1.4. Calidad de la Mezcla Se medirá mediante la elaboración de briquetas para fallarlas a compresión simple a los 7 días. También se harán las briquetas que se requieran según los ensayos especificados por el diseñador o el especialista de acuerdo a las normas aplicables. 4.10.1.5. Calidad del Producto Terminado La capa terminada deberá presentar una superficie uniforme y ajustarse a las rasantes y pendientes establecidas. La distancia entre el eje del proyecto y el borde de la capa que se está construyendo no podrá ser menor que la señalada en los planos o la determinada por el Interventor. La cota de cualquier punto de la capa compactada no deberá variar en más de quince milímetros (15 mm) de la proyectada. Además, el Interventor deberá realizar los siguientes controles: Toma deformaciones por deflectometria usando la viga Benkelmann, Para la medición de la deformabilidad de la capa se realiza por medio del ensayo, medida de la deflexión y determinación del radio de curvatura de un pavimento empleando la viga Benkelmann INV 795, la deflexión será verificada con el valor del módulo de elasticidad establecido en el diseño. a. Compactación Se le aplicara la energía de compactación tal que de acuerdo al espesor de la capa se obtenga una estructura de acuerdo a los diseños establecidos. b. Espesor Sobre la base de las perforaciones efectuadas para el control de la compactación el Interventor determinará el espesor medio de la capa compactada, el cual debe ser mayor que el de diseño por la migración de los coloides agregados, c. Lisura La superficie acabada no podrá presentar, en ningún punto, irregularidades mayores de 20 milímetros (20 mm), cuando se compruebe con una regla de tres metros (3m) colocada tanto paralela como perpendicularmente al eje de la
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vía, en los sitios que escoja el interventor, los cuales no podrán estar afectados por cambios de pendiente. Todas las áreas de la base estabilizada donde los efectos de calidad y terminación excedan las tolerancias de esta especificación, deberán ser corregidas por el constructor, de acuerdo con las instrucciones del interventor y a plena satisfacción de este. 4.11. MEDIDA Y PAGO
Puede ser el metro cuadrado (m2) aproximado al entero de base estabilizada con cemento y STC (Coloide) con el espesor indicado el diseño correspondiente. También puede ser el m3 según el volumen estabilizado, de acuerdo con el diseño y las líneas del proyecto. No se medirán cantidades en exceso de las especificadas, especialmente cuando ellas se produzcan por sobre anchos no autorizados. El precio unitario deberá cubrir todos los materiales y equipo necesario y adecuado para llegar a la base estabilizada según lo especificado en el diseño; además incluye retiro manual de sobre tamaños, impurezas; mezclado y humedecimiento de los ingredientes; conformación; perfilación; cereo y compactación del conjunto resultante.
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5. CONCLUSIONES No se requiere transportar material. El STC se aplica sobre los suelos existentes, evitando altos costos cuando las fuentes se encuentran distantes, toda vez que ya no hay que transportar el suelo nativo desde la vía hasta los lugares disponibles o botaderos. Reducción de espesores en capas. Su aplicación implica reducir los espesores de las capas construidas comparado con los métodos de construcción tradicional, con igual o mayor capacidad portante y resistencia, aumentando los módulos de resiliencia. Tiempo de ejecución menor. La simplicidad del proceso de aplicación, la reducción de uso del equipo, maquinaria y mano de obra requeridos tradicionalmente, hacen que la obra se realice en tiempos radicalmente muy cortos. Menos equipo y maquinaria. Por la facilidad de instalación y simplicidad del proceso, los equipos y maquinaria requeridos se reducen a un mínimo, ya que el proceso se adapta a herramientas muy elementales, incluso en condiciones climatológicas difíciles. Reducción de cemento. Cuando el coloide se adiciona al concreto, material permanente en obras de infraestructura, se reduce el uso de cemento entre un 15 y 20%. Ahorro en mano de obra. No es necesario contar con mano de obra especializada para su aplicación. Facilidad en el transporte. El STC (Coloide) es un sólido soluble y la cantidad requerida por metro cúbico es muy baja, por la tanto su transporte a la obra se hace fácilmente. Es disuelto en el agua que no requiere nivel de calidad, lo cual facilita aun más el procedimiento. El hecho de utilizar los suelos existentes, implica una doble economía la primera dada por el uso de los mismos, cuya sustitución, por otros de primera calidad, elevarían el presupuesto. Y la segunda, con la eliminación del transporte de grandes volúmenes de materiales. La experiencia del comparativo realizado con una estructura de pavimento tradicional indica, que el costo total de la estabilización de suelos, es inferior a la de la construcción de estructuras convencionales, que dotan al pavimento de la misma capacidad estructural. Además, el reciclado “in situ”, elimina la necesidad de hacer montajes importantes y los rendimientos en la construcción son altos.
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Disminución del impacto ambiental, teniendo en cuenta la cantidad de material que no se desecha, ni se explota, ni se transporta, con lo cual se reducen las emisiones de polvo, ruido y gases, ya que no es necesario remover grandes cantidades de suelo para la construcción de bases y subbases, ni destruir las montañas para extraer material seleccionado; lo que convierte la estabilización de suelos, en una alternativa amigable para el ambiente. El aprovechamiento de los suelos existentes, en una vía de 7.30 m de ancho, pueden generar ahorros de 3000 a 4000 M3 de agregados por kilómetro. De acuerdo a lo anterior, es posible asegurar que la tecnología de estabilización mediante el uso de STC, redunda en un gran beneficio económico, además de lograse una reducción en los tiempos de ejecución para quien lo utiliza y por sus características, se puede decir que representa una solución para un gran número de localidades (vías terciarais en municipios y veredas Colombianas) donde la restricción de recursos hace muy difícil la realización de obras de acuerdo a especificaciones técnicas adecuadas y costos moderados. Mayor inversión en progreso social, permitiendo a todos acceder a mejores condiciones de calidad de vida y bienestar, al ofrecer infraestructuras de transporte y comunicación en comunidades con escasos recursos económicos y/o difícil acceso geográfico por transporte de materiales.
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BIBLIOGRAFÍA
1. ALCALDIA MAYOR DE BOGOTA. Guía para el diseño y construcción de capas estructurales para pavimentos estabilizados mediante procesos químicos. Versión 01. Bogotá 2005.
2. KEMTEK LTDA. Stasoil® Tecnología de avanzada. Bogotá 2001.
3. KEMTEK LTDA. Sistema de transporte coloidal: Oportunidad Tecnologica. Bogota. KEM-KOL®, GREEMAX® y STASOIL® son marcas registradas de KEMTEK®. 2010.
4. SANCHEZ SABOGAL, Fernando. Modulo 14 Diseño de pavimentos de adoquines. {en línea}. Disponible en: (http://copernico.escuelaing.edu.co/vias/pagina_via/modulos/MODULO%2014.pdf).
5. Datos experimentales suministrados por la constructora Futuro XXI ltda.
6. INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TECNICAS Y CERTIFICACION. Norma técnica colombiana - NTC 1486 Documentación, Presentación de tesis, trabajos de grado y otros trabajos de investigación. Bogota. ICONTEC.